Основные типы магнитных состояний вещества

 
Вопросы для самопроверки 
1. Какие ферромагнитные металлы имеют температуру Кюри выше комнатной? 
2. Какие ферромагнитные сплавы имеют температуру Кюри выше комнатной? 
3. Что такое сплавы Хейслера и в чем их основное преимущество для применения в 
спинтронике? 
4. Какие металлы и сплавы обладают антиферромагнитными свойствами? 
5. Что такое искусственные антиферромагнетики? 
2.4. Магнитные полупроводники 
Магнитные полупроводники – материалы, обладающие одновременно магнитными и 
полупроводниковыми свойствами – представляют значительный практический интерес в 
связи с возможностью интеграции изготавливаемых из них спинтронных элементов с 
электронными и оптоэлектронными элементами устройств обработки информации. Эта 
достаточно обширная группа химических соединений, в которых в качестве основного 
компонента или легирующей примеси входят атомы переходных элементов
9
. Наибольший 
практический интерес для спинтроники представляют полупроводниковые соединения A
II
B
VI
и A
III
B
V
, Si и полупроводниковые оксиды металлов, включающие атомы Mn или Fe, Co, Ni, 
Cr. Такие соединения получили название разбавленные магнитные полупроводники 
(deluted magnetic semiconductors, DMS). Их полупроводниковые свойства определяются 
исходным полупроводником, а магнитные свойства регулируются концентрацией магнитных 
атомов, чьи магнитные моменты взаимодействуют как друг с другом, так и с электронными 
состояниями в валентной зоне и зоне проводимости полупроводника. В таких материалах 
удается получить спиновую поляризацию носителей заряда вплоть до 80 %, хотя 
температура 
Кюри 
для 
большинства 
исследованных 
разбавленных магнитных 
полупроводников порядка 100 К, что ограничивает их использование лишь в спинтронных 
элементах, работающих при температуре, не превышающей температуру жидкого азота 
(77 К).
Уникальные физические свойства разбавленных магнитных полупроводников обязаны 
взаимодействию подвижных носителей заряда с магнитными моментами частично 
заполненных электронных оболочек атомов магнитной примеси. В настоящее время нет 
9
Переходные элементы (металлы) – элементы побочных подгрупп Периодической таблице химических 
элементов, в которых появляются электроны на d- и f-орбиталях и не заполняют их полностью. 

---

56 
универсальной теории, объясняющей природу ферромагнетизма в различных разбавленных 
магнитных полупроводниках. Рассматривают несколько возможных механизмов. В 
частности предполагается
10
, что локализованные электроны входят в состав частично 
заполненных d- или f-оболочек магнитных атомов, а связь между ними осуществляется 
подвижными свободными электронами. Вклад спина свободных электронов в полный 
магнитный момент ферромагнитного кристалла мал по сравнению с вкладом электронов 
магнитной примеси, однако именно свободные электроны делают возможным магнитное 
упорядочение и определяют его тип. Будучи спин-поляризованными, свободные электроны 
при движении по кристаллу переносят взаимодействие между спинами локализованных 
электронов. 
Объемные свойства полупроводниковых соединений A
II
B
VI
и разбавленных магнитных 
полупроводников на их основе с участием Mn показаны на рис. 2.4.